軸(shaft)是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件,但也有少部分是方型的。軸是支承轉動零件並與之一起迴轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀,各段可以有不同的直徑。機器中作迴轉運動的零件就裝在軸上。
一、軸的材料
1、碳素鋼35、45、50等優質碳素結構鋼因具有較高的綜合力學性能,應用較多,其中以45鋼用得最為廣泛。為了改善其力學性能,應進行正火或調質處理。不重要或受力較小的軸,則可採用Q235、Q275等碳素結構鋼。
2、合金鋼合金鋼具有較高的力學性能,但價格較貴,多用於有特殊要求的軸。例如採用滑動軸承的高速軸,常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結構鋼,經滲碳淬火後可提高軸頸耐磨性;機轉子軸在高溫、高速和重載條件下工作,必須具有良好的高溫力學性能,常採用40CrNi、38CrMoAlA等合金結構鋼。軸的毛坯以鍛件優先、其次是鋼;尺寸較大或結構複雜者可考慮鑄鋼或球墨鑄鐵。例如,用球墨鑄鐵製造麴軸、凸輪軸,具有成本低廉、吸振性較好,對應力集中的敏感性較低、強度較好等優點。
軸的力學模型是梁、多數要轉動,因此其應力通常是對稱循環。其可能的失效形式有:疲勞斷裂、過載斷裂、彈性變形過大等。軸上通常要安裝一些帶輪轂的零件,因此大多數軸應作成階梯軸,切削加工量大。
二、分類
常見的軸根據軸的結構形狀可分為曲軸、直軸、軟軸、實心軸、空心軸、剛性軸、撓性軸(軟軸)。直軸又可分為:
①轉軸,工作時既承受彎矩又承受扭矩,是機械中最常見的軸,如各種減速器中的軸等。
②心軸,用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩,有些心軸轉動,如鐵路車輛的軸等,有些心軸則不轉動,如支承滑輪的軸等。
③傳動軸,主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩,如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。
軸的材料主要採用碳素鋼或合金鋼,也可採用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決於強度和剛度,轉速高時還取決於振動穩定性。
三、結構
軸的結構應滿足三方面的要求:
軸上的零件要有可靠的周向固定與軸向固定。
軸應便於加工和儘量避免或減小應力集中。
應便於軸上零件的安裝與拆卸。
軸頸:軸和軸承配合的部分
軸頭:軸和旋轉零件配合的部分
軸身:連接軸頭與軸頸的部分
軸肩或軸環:軸上截面尺寸變化的部分。
四、軸上零件的固定
1.軸上零件的軸向固定
目的:保證零件在軸上有確定的軸向位置,防止零件作軸向移動,並能承受軸向力。
2.軸上零件的周向固定
目的:保證軸能可靠地傳遞運動和轉矩,防止軸上零件與軸產生相對轉動。
五、軸上常見的工藝結構
結構工藝性——軸的結構形式應便於加工、便於軸上零件的裝配和維修,並且能提高生產率,降低成本。